董源
,
过增元
工程热物理学报
傅里叶导热定律导出的温度演化方程将得出无限大的热扰动传播速率。为了克服这个问题，一些修正导热模型被提出，可以得到双曲型温度方程，保证有限的热波传播速率。但是，新的传热模型得出的温度演化将使现有的不可逆热力学中熵产不能保持正定。拓展不可逆热力学通过修正熵以及熵产的表达式，使双曲导热也能得到正定的熵产率。热质理论用力学的概念分析热波传递过程中的热质能耗散与熵产的关系，对熵产的来源做了新的解释。热质理论得出的熵产表达式在双曲导热过程中保持正定，并指出，波动传递过程中的干涉是导致熵产率非均匀变化的原因。
关键词:
拓展不可逆热力学
,
熵
,
双曲导热模型
,
热质理论
董源
,
过增元
工程热物理学报
现有流变学本构方程大多是基于唯象模型或者通过对线性定律进行修正而导出的,物理意义不够清晰。本文借鉴热质理论,提出连续介质微元的动能同样具有当量质量,可以用能质控制方程导出普适动能输运定律。普适动能输运定律在不同问题背景下,可以导出牛顿黏性定律,胡克定律以及流变学中较为基础的线性黏弹性本构方程。能质理论推导流变学本构方程的过程是基于第一性原理,不仅物理意义清晰,而上揭示了热输运与动能输运之间的内在统一规律。
关键词:
热质理论
,
能质理论
,
流变学
,
非牛顿流动
,
本构方程
叶振强
,
董源
,
曹炳阳
,
过增元
工程热物理学报
声子是介电固体中导热过程的主要载体,研究声子的黏性对正确预测纳米材料中的非傅里叶导热等现象有着重要意义.本文从热质理论出发,基于涨落耗散理论导出了声子气黏度的表达式:ηh =hv/3πλα,其中ηh表示声子气的黏度,va为声子平均频率,λ为声子波长,α为材料热扩散系数.预测了单晶硅在300 K时的声子气黏度,其参考值为4.8×10-9 Pa·s.并且与基于声子水动力学模型和气体动理论模型的声子气黏度结果进行比较,发现本文模型的结果比声子水动力学模型的结果大2个量级,而比动理论模型小5个量级.
关键词:
声子气黏度
,
热质理论
,
声子气扩散系数
,
声子态密度
董源
工程热物理学报
热整流现象是近年来在纳米系统中发现的一种特殊热传导现象,具有重要的应用前景,但是缺乏明确的物理解释和宏观物理图像.本文基于热质理论将导热过程与流体力学相类比,论证了热质运动的空间惯性力可以导致非对称导热介质中的热整流现象,并举例分析了硅纳米薄膜中的热整流效应.热质理论预测的热整流系数可达40％,足以满足构建热晶体管或者逻辑门的需求.
关键词:
热质理论
,
热整流现象
,
纳米薄膜
,
等效热导率
曹炳阳
,
胡锐锋
,
过增元
工程热物理学报
基于热质的概念应用牛顿力学原理建屯了热质输运的控制方程,推导得到了普适的导热定律.在惯性力可以忽略时它即退化为傅立叶导热定律,反映出非傅立叶导热现象的本质是热质的惯性引起的.当热流和温度对空间的惯性以及温度对时间的惯性可以忽略时,所得到的导热定律可以退化为CV模型.对热波传递的数值分析表明:当热扰动和热流都比较小时,热流在空间加速的惯性可以忽略,基丁热质理论的热波方程和CV模型符合得很好;但是,在描述较大的热扰动时,由于热流的空间加速惯性不能够被忽略,CV模型的结果在两个温度波峰叠加时会出现负温度的非物理现象,而基于热质理论的普适导热定律的结果则克服了这一缺陷.
关键词:
热波现象
,
热质理论
,
非傅立叶导热
,
CV模型
侯泉文
,
曹炳阳
,
过增元
工程热物理学报
本文利用分子动力学模拟研究了双壁碳纳米管中的热驱动现象,当双壁碳纳米管的内管存在温差而产生热流时,外管总是沿着内管的热流方向运动.当内管温度梯度为几K/nm时,外管每个碳原子所受的热驱动力在3.5 fN到16fN之间.根据热质理论,声子气的运动会对物质原子骨架产生作用力,它就是热流产生的热驱动力,这定性解释了热驱动现象的物理机制.此外,基于声子理论分析了热驱动机理,指出驱动力大小与热流成正比.
关键词:
热驱动
,
分子动力学模拟
,
碳纳米管
,
热质理论
